Silahtan Ateşlenen Tardigradlar: Su Ayıları, Gezegenler Arası Seyahatte Deneyimlenen Yıkıcı Çarpışmalardan Sağ Çıkabilir mi?

Yapılan bir deneyde, gözle göremediğimiz bir hayvan grubu alınıp donduruldu ve dondurulan su sütunu, plastik bir parça ile kaplanıp mermi haline getirildi ve içinde hayvanlar olan bu mermi ateşlendi! Dünya üzerinde böylesine tuhaf bir deneyde görev alacak bir hayvan aklınıza geliyor mu? Elbette bir su ayısı ya da bir diğer ismiyle bir tardigrad türü!

Tardigradlar, kriptobiyoz adı verilen ve olumsuz koşullara karşı korunmalarına yardımcı olan latent (uyku ya da askı) dönemleri sayesinde pek çok farklı çevresel etkene dayanabilmektedir. Bu dayanıklılık öyle uç değerleri bünyesinde barındırır ki dünya üzerinde doğal şartlarda gözlemlenemeyecek abiyotik (sıcaklık, pH, basınç vs.) etkenleri dahi tolere edebilmektedir. Keşfedilen bu dayanıklılık özellikleri sayesinde üzerinde yapılan çalışmalar gün geçtikçe hız kazanmıştır.

Yapılan çalışmalardan sonuncusu ise, sözünü ettiğimiz üzere bir tabancayı ve tardigradları kapsamaktadır. Peki bu ikili, hangi amaca hizmet etmek için bir araya getirilmişti? Bu sorunun cevabı, tardigradların yüksek hızlarda bir cisim ile karşılaştığında bu çarpışmadan sağ çıkıp çıkamayacağını araştırmak ile birlikte, deneyden nispeten bağımsız bir perspektife hizmet etmektedir: Bu perspektif sitemizde de daha önce işlemiş olduğumuz tardigradların olası bir uzay seyahatinden sağ kurtulup kurtulamayacağı üzerinedir. Haliyle böylesine bir deneyden elde edilen sonuçlar, bahsettiğimiz üzere panspermia hakkında da bizlere yepyeni kapılar açabilme potansiyeline sahiptir.

Tardigradların Önündeki En Büyük Engel: Çarpışma!

Tardigradlar, sahip oldukları genetik alt yapı sayesinde mor ötesi ışınlara (İng: "ultraviolet" veya kısaca "UV") karşı başarılı bir şekilde direnç göstermektedirler. Bu özellikleri göz önüne alındığında, bilim insanları tarafından olası uzay seyahatinden sağ çıkabilecek canlı gruplarından biri olarak konumlandırılırlar.

Fakat buradaki en büyük sorun, gezegenler arası taşınmadan ziyade, ejekta adı verilen çarpışma sonrası uzaya saçılan parçacıkların ulaştığı gezegene çok yüksek hızlar ile çarpması ve bu çarpışma sırasında büyük bir şok basıncı etkisinin açığa çıkması olacaktır. Bu şok etkisi öylesine kuvvetlidir ki ejektanın üzerinde ve/veya içerisinde barındırdığı canlı hücreler çarpışmanın etkisine dayanamaz ve parçalanırlar. Bu duruma delaminasyon ismi verilir ve hücreler için ölümcül etkiye sahiptir. İlerleyen paragraflarda bu maksimum şok basıncını (İng: "peak shock pressure") belirtmek için gigapaskal (GPa) birimi kullanılacaktır.

Wallpaper Access

Tahmin edebileceğiniz üzere çarpışma sonucunda açığa çıkacak olan şok etkisi pek çok parametreye bağlıdır. Çarpacak olan "kaya" parçacığının yapısına, barındırdığı element yoğunluğa ve dağılımına, şekline, hızına ve yine aynı şekilde çarptığı zeminin de yapısına ve daha nicesine... Hâl böyle olunca, cevap bulunması gereken pek çok soru vardır. Bu sorular arasından en kuvvetli etkenler biri olan hız seçilerek bir deney düzeneği tasarlanmak istenmiştir.

Bu deney düzeneğinde Tardigrada şubesi içerisinden Hypsibius dujardini türü seçilerek, mermi şeklindeki buz kaplarında dondurulup bir gaz tabancasının namlusuna sürülmüş ve farklı hızlarda kumdan oluşan hedeflere ateşlenmiştir. Buradaki amaç farklı hızların çarpışma sonucunda oluşturduğu farklı şok basıncı değerlerinde tardigradların hayatta kalıp kalamayacağı ölçmektir. Akabinde bu değerler ile olası gezegenlerdeki ya da uydulardaki çarpışma değerleri karşılaştırılacaktır.

Tardigradların Yeni Unvanı: "Mermi Gibi Hayvan"

Deneyde seçilen tardigrad türü olan Hypsibius dujardini’nin laboratuvarda oluşturulan maden suyu ortamında yosun ile beslenmesi sağlanarak gelişmelerini tamamlamaları beklendi. Gelişimlerini tamamlayan tardigradlar su dolu bir kovanın merkezine yerleştirilip 48 saat boyunca donduruldu ve tun adı verilen vücut uzantılarını içine çekerek yüzey alanını küçülttüğü korunaklı formuna girmesi beklendi.

Korunaklı forma giren tardigradlar, hiç vakit kaybedilmeden ateşleme odasına alındı. Basınçlı gaz tabancasından çıkan her atış kum yapısında olan hedeflere isabet etti. Atış sırasında atış odasının enine yerleştirilmiş fotodiyotlar sayesinde merminin hızının ölçülmesi sağlandı.

Fine Art America

Sırasıyla saniyede 0.556 ila 1.00 km hızlarında altı atış yapıldı. Atışlardan sonra tardigradların hayati durumlarını öğrenmek adına kum hedefindeki kum ve tardigradlar bir su sütununa yerleştirildi ve bundan sonra tardigradlar toplandı. Aynı şekilde bir kontrol grubu oluşturmak için 20 tardigrad dondurulup silah hiç ateşlenmeden çözündürüldü. Bu çözünme oda sıcaklığındaki su içerisinde yaklaşık 8-9 saat sürdü ve tahmin edileceği üzere hepsi canlandı. Peki ya hedefi vuran tardigradlara ne olmuştu?

Tardigradlar Şok Etkisine Dayandı! Bir Yere Kadar...

Toplanıp inceleme altına alınan tardigradların birçoğu, ilk atışlardan sorunsuz bir şekilde sağ çıkmıştı. Fakat ilerleyen atışlarda sağ kalım ciddi bir şekilde düştü: Saniyede 728 metre ila 901 metre (0.86–1.14 GPa'ya karşılık gelir) hızlarda hedefi vuran tardigradların sağ kalımları ilk atışlara kıyasla önemli ölçüde farklılık gösterdi. Bu çarpışma hızı öylesine muazzamdı ki sağ kalımın %100'den %0'a düştüğü görüldü. Bu oranların üzerine çıkıldığında ise tardigradların sadece parçalarına rastlanıldı, şok etkisi vücutlarını parçalara ayırmıştı.

Ayrıca atışa maruz kalıp da hayatta kalabilen tardigradlar, çözündükten sonra kontrol grubundan çok daha geç bir sürede (15-36 saat sonra) canlandılar. Bunun nedeninin darbenin etkisinin vücutlarında bıraktığı etkiden kaynaklı olduğu düşünülmektedir.

Yapılan deneyler sonucunda saniyede 900 metre hız ile hedefi vuran bir tardigradın 1.14 GPa şok basıncına maruz kaldığı tespit edildi. Bu basıncın üzerindeki basınçlarda ise tardigradlar dayanamayıp ölmektedir. Peki bu bilginin, Panspermia Teorisi ile ilişkisi nedir?

Tardigradlar ve Panspermia Teorisi

Panspermia Teorisi hakkında detaylı bilgi almak için buradaki yazımızı okuyabilirsiniz. Ayrıca bu teori çerçevesinde ihtiyaç duyulan "uzayda taşınabilecek canlıları" ele aldığımız yazımızı buradan okuyabilirsiniz. Tardigradlar, UV dayanıklılıkları sayesinde uzay seyahatlerinde kullanılabilecek bir canlı grubu olarak karşımıza çıkmaktadır; fakat bu iddianın temellendirilebilmesi için daha fazla koşulun sınanması gerekmektedir. Daha gerçekçi bir yaklaşımda, tardigradların olası seyahatlerinde yaşayacağı çarpışmalarda dayandıkları 1.14 GPa'lık basınçların çok çok üzerindeki değerler ile baş etmesi gerekecek ve bu onlar için bile imkânsız bir senaryo olacaktır; ama belki de Güneş Sistemi'ndeki bazı gök cisimleri bu konuda tardigradlara ev sahipliği yapabilir.

Ay ve Tardigradlar

Çok değil, 2019 senesinde, bu durum bizzat yaşandı Beresheet adlı bir uzay misyonunda tardigradlar uzay aracının iniş takımının düzgün çalışmaması üzerine birçok materyal ile birlikte Ay yüzeyine çakıldı. Ay'ın abiyotik koşulları düşünüldüğünde yaşama ihtimallerinin olduğu söylendi ve tüm haber sitelerinde manşetlere oturdu. Peki Ay için, tardigradların yaşamaya devam edebileceği maksimum çarpma hızı nedir?

Space Junkie

Dünya üzerinde gerçekleşecek bir patlamadan ya da çarpışmadan kaçan ejektanın Ay'a iyimser bir tabloda saniyede 1.13 kilometrelik bir hızla çarpacağı öngörülmektedir. Bu değer, yaklaşık 2 GPa basınca denk gelmektedir. Fakat olasılığı düşük dahi olsa bazı parçacıkların saniyede 1 kilometrenin altındaki hızlarda Ay'a ulaşabileceği ve tardigradların yaşaması için uygun çarpışma aralığını oluşturacağı düşünülmektedir. Tabii tüm bu durumlara ek olarak, Dünya'dan fırlatılış hızı ve şok etkisinin parçacık üzerinde oluşturacağı sıcaklık etkisi de belirleyici unsur olacaktır.

Aynı senaryoyu Mars'ın uydusu Phobos için yaptığımızda ise, Mars'tan ayrılan bir ejektanın saniyede 1 ila 4.5 km hızla Phobos'a çarpması beklenir. En düşük hızı baz alındığında tardigradlar için bir ümit söz konusu olabilir; fakat Ay ile Dünya arasındaki mesafeden çok daha uzun bir mesafe gideceği için, Güneş ve kozmik radyasyona yenik düşmeleri söz konusu olabilir. Peki aynı düşünce yöntemini örnekleme için kullansak nasıl olur?

Europa ve Enceladus Gayzerlerinden Tardigrad Benzeri Canlıları Örneklemek

Biliyoruz, nispeten tuhaf bir ara başlık attık fakat söylemek istediğimiz şey de oldukça tuhaf: Bu iki uydu, Güneş sistemi içerisinde yer alan yaşam barındırma potansiyeli en yüksek yerlerdendir. Bunun en temel nedeni, yüzeyinin altında uçsuz bucaksız yeraltı okyanusları barındırıyor olmasıdır. Bu yeraltı okyanusları yüzeydeki deliklerden uzaya tıpkı bir gayzer gibi püskürmektedir. Hatta Enceladus'un gayzerlerinden Cassini uzay aracı tarafından örnekleme yapılmış ve bu örnekler içerisinde hem düşük hem de yüksek kütleli organik maddeler gözlemlenmiştir.

Fakat bu gözlemler sırasında gayzerden çıkan örneklerin, Cassini uzay aracı ile çarpışmasından elde edilen değer, saniyede 5 kilometredir. Yörüngenin konumu değiştiğinde ise bu değer 3.5 ila 4.5 km arasında hızlara düşebileceği öngörülmektedir; ancak b,u hala saniyede 900 metrenin, yani 1 GPa'nın üzerindeki şok değerlerini bizlere sunacaktır. Bu yüzden tardigrad gibi canlıların bu tür bir çarpışmadan sağ çıkması söz konusu olmayabilir. Eğer ki çarpışmanın gerçekleşeceği yüzey materyalini değiştirirsek bu etki sandığımızdan çok daha düşük değerlere ulaşabilir.

Space.com

Araştırmacıların 2012 senesinde örnek toplamak adına aerojel gibi gözenekli bir maddenin kullanılması üzerine yapmış olduğu araştırmalar sonucunda olası çarpışma değerleri hesaplanmıştır. Bu değerler göz önüne alındığında, saniyede 6 kilometrelik hızlarda bile şok basıncı etkisi 1 GPa'dan az olan değerleri yakalayabileceklerini hesaplamışlardı. Eğer ki bu teknoloji geliştirilebilir ise tardigradlar gibi canlıların bu tür bir çarpışmadan zarar görmeden örneklenebilmesi söz konusu olabilirdi.

Toplayıcı malzemelerin yapılarının yanında bir de örnekleme yapılacak irtifa oldukça önem arz etmektedir. Yükseklik değerleri ve gayzerlerin saçılımları göz önüne alındığında Enceladus'taki çarpışmada tardigradlar hayatta kalabilecekken, Europa'da hayatta kalmak onlar için oldukça zor olacaktır. Gerçekten de, Enceladus'taki daha yüksek irtifalarda (ve daha düşük darbe hızlarında) asıl sorun, hedefe yapışan çarpıcıdan ziyade, çarpan nesnesin/örneğin geri tepmesidir. Bu durumun önüne geçilebilmesi adına örnekleri bir detektöre yönlendirmek için huni benzeri bir düzenlemeye ihtiyaç duyulabilir.

NSO

Sonuç olarak Enceladus veya Europa'daki bir tüyde, bir aerojel toplayıcı kullanılıyorsa tardigradlar gibi canlı küçük hayvanları toplayabileceğini ve Enceladus'ta bir yörüngenin de aerojel kullanmaksızın sağlam bir metal hedefle bile başarıyla kullanabileceğini öngörülmektedir.

Sonuç

Unutmamak gerekir ki Tardigrada şubesi içerisinde 1500'e yakın tür bulunmaktadır. Her türün sahip olduğu direnç değerleri de buna bağlı olarak farklılık göstermektedir. Bu durum, bizlere mevcut Tardigrada faunasının daha iyi bir şekilde araştırılmasının ardından çok daha yüksek basınç değerlerine dayanabilecek tardigradların varlığını ortaya çıkarmamıza olanak sağlayabilir ve bu sayede olası seyahatlerimizin öncesinde tardigradların sahip olduğu bu potansiyel dayanıklılıklarını kullanabiliriz.